В ходе выполнения 1 этапа проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 17 июня 2014 г. № 14.575.21.0018 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на
- Аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИР.
- Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ
15.011-96. - Исследование существующих аналогов полупроводниковых фотодиодов для определения путей повышения их эксплуатационных характеристик.
- Определение материалов примесей и построение их профилей распределения в элементарных ячейках (дискретный фотодиод).
- Математическое моделирование различных вариантов конструкций элементарных ячеек (дискретный фотодиод) кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.
- Выбор оптимальной конструкции элементарной ячейки (дискретный фотодиод) кремниевого фотодиода фотовольтаического применения.
- Разработка лабораторного технологического регламента изготовления элементарной ячейки (дискретный фотодиод).
- Разработка топологических чертежей тестовых образцов тестовых образцов элементарной ячейки (дискретный фотодиод).
- Разработка эскизной конструкторской документации на стенд для измерения параметров кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.
- Изготовление стенда для измерения параметров кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.
- Закупка оборудования для проведения исследований.
- Выбор технологических процессов и расчет режимов их проведения для обеспечения их изготовления.
- Участие в мероприятиях направленных на популяризацию ПНИ.
При этом были получены следующие результаты:
- Проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИР.
- Представлен обзор существующих конструкций акселерометров на основе различных физических явлений. Внимание было уделено основным характеристикам акселерометров, требованиям, предъявляемым к ним. Особо были выделены оптические акселерометры, как объекта данной научно-исследовательской работы, в части создания фотоприемников для акселерометрического применения.
- В первой части рассмотрены основные свойства акселерометров и приведена их краткая классификация. В настоящее время активно исследуются оптические акселерометры, позволяющие создавать МЕМS-структуры.
- Вторая часть посвящена фотодетекторам основные принципы работы и основные конструкции фотоприемников, часто используемые для создания акселерометров
- Последняя часть охватывает ИК-ФП, наиболее востребованный тип фотодетекторов, и материалы для их производства. Отмечены основные достижения в технологии изготовления приемников и обозначены пути дальнейшего развития.
- Отметим, что, несмотря на успехи последнего десятилетия в создании фотоприемников на основе тройных и двойных соединений, остается множество проблем. В этой связи перспективным представляется создание кремниевых фотоприемников для видимого и ближнего инфракрасного диапазонов для широкого спектра применений. В пользу такого выбора говорит хорошо отлаженная технология создания кремниевых интегральных схем.
- Ссформирован отчет о патентных исследованиях по ГОСТ
15.011-96; - Получены результаты исследования существующих аналогов полупроводниковых фотодиодов для определения путей повышения их эксплуатационных характеристик.
- Анализ экспериментальных данных показал, что некоторые фотодиоды фирмы Hamamatsu на основе Si обладают неплохой фоточувствительностью (больше 40 % от максимальной фоточувствительности на l=650 нм) в коротковолновой области (S3071, S3059, G2119). Это может объясняться низким значением поверхностной рекомбинацией за счет специальной обработкой поверхности.
- В длинноволновой области спектра (до l=1100 нм) наилучшие показатели фоточувствительности имеют кремниевые фотодиоды разных производителей.
- Практически все исследуемые фотодиоды имеют низкие (порядка единиц пА) значения темновых токов (следовательно, высокую чувствительность). Зависимости значения темнового тока от материала и структуры исследуемых фотоприемников обнаружено не было.
- Таким образом, среди всех исследуемых фотодиодов наилучшую совокупность параметров показали p-i-n фотодиоды компании VISHAY.
- Проведен выбор материала примеси и построение профилей.
- Проведено компьютерное моделирование различных структур;
- Проведен выбор оптимальной конструкции элементарной ячейки (дискретный фотодиод) кремниевого фотодиода фотовольтаического применения.
- Показано, что для производства фотодиодов с высокой чувствительностью необходимо использовать технологические процессы, при которых глубина p-n перехода будет достаточна малой. Это позволит довольно ощутимо уменьшить ширину, так называемого, мертвого приповерхностного слоя.
- Показано, что оптимальная толщина защитного термического окисла, выращиваемого перед процессами имплантации, — 25 нм. Данная толщина вкупе с низкой энергией имплантации позволяет добиться достаточно малых p-n переходов. Для 50 нанометрового окисла низкой энергии недостаточно, чтобы пробить весь диэлектрический слой, а глубина залегания p-n перехода при имплантации примеси с энергиями 60 и 100 кэВ оказывается достаточно большой.
- Показано, что наибольшей пиковой чувствительностью обладают сетчатые диоды, изготовленные на подложке p-типа. Увеличение тока в цепи приемника достигается за счет увеличения чувствительности в синей области спектра, а сама чувствительность возрастает благодаря более быстрому сбору неосновных носителей заряда — электронов, обладающих большей подвижностью.
- Разработаны лабораторные технологический регламент изготовления элементарной ячейки (дискретный фотодиод) в случае применения исходного материала с удельным сопротивлением 150 и 20 Ом∙см.
- Разработаны топологические чертежи тестовых образцов тестовых образцов элементарной ячейки (дискретный фотодиод).
- Разработана эскизная конструкторская документации на стенд для измерения параметров кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.
- Изготовлен стенд для измерения параметров кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.
- Проведена закупка оборудования для проведения исследований.
- Проведен выбор технологических процессов и расчет режимов их проведения для обеспечения их изготовления.
- Результаты работ представлены на мероприятиях направленных на популяризацию ПНИ.
Сведения о ходе выполнения исследований (проекта) размещены в открытом доступе, на официальном сайте НИТУ «МИСиС».
